一种钻爆法隧道装配式UHPC衬砌结构及施工方法

本发明涉及隧道工程，尤其涉及一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构及施工方法。

背景技术：

1、目前隧道建设主要采用钻爆法施工，即通过钻孔、装药、爆破开挖隧道的方法，具有地质条件适应性强、开挖成本低的优点。钻爆法隧道主要采用复合式衬砌支护方案，在隧道开挖后及时施作与围岩密贴的初期支护，待围岩变形稳定后再施作二次衬砌(一般为模筑混凝土)，并根据需要在初期支护与二次衬砌之间设置防水层。二次衬砌能够为隧道提供额外的承载能力和刚度，增强了隧道结构的整体稳定性，并分担了由地应力、地下水压力等外部因素引起的荷载，有效减少了隧道结构的变形和位移，从而确保了隧道的正常使用，是隧道工程支护结构重要组成部分。此外，二次衬砌还起到了防水和防腐蚀的作用，并提高了隧道结构的安全性和舒适度。

2、目前，钻爆法隧道二次衬砌施工普遍采用现浇混凝土模筑工艺，施工工序复杂、施工时间长、劳动强度大，实际施工过程中经常出现拱顶混凝土厚度与强度不足的问题，并可能导致混凝土开裂、掉块，严重危及隧道结构稳定与运营安全。二次衬砌拱顶厚度与强度不足的主要原因是由于拱顶初期支护局部凸凹不平顺、存在纵坡、难以观察等施工条件限制，致使局部混凝土难以灌满拱部而存在空腔。此外，混凝土振捣不到位、混凝土硬化过程中的析水收缩等原因，也导致了拱顶混凝土的厚度与强度不足。

3、因此，如何提供一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构，使其能够达到快速施工，并提升二次衬砌结构安全与耐久性的技术效果，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术中存在的现场浇筑二次衬砌经常出现的拱顶厚度与强度不足的问题，提供一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构，使其能够达到快速施工，并提升二次衬砌结构安全与耐久性的技术效果。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构，所述钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构包括：若干个uhpc衬砌单元，每一个所述uhpc衬砌单元呈圆弧形结构；若干个纵向连接单元，每一个所述纵向连接单元固定连接任意相邻的两个所述uhpc衬砌单元；若干个环向密封橡胶单元，每一个所述环向密封橡胶单元敷设在对应的一个所述uhpc衬砌单元的环向侧面。

3、在第一方面中，每一个所述uhpc衬砌单元包括：若干个华夫板型uhpc衬砌管片，每一个所述华夫板型uhpc衬砌管片包括uhpc管片，以及沿着所述uhpc管片一面的四周边两两对称布设的四个加劲肋，所述uhpc管片呈圆弧形结构；四个所述加劲肋上均匀布设有若干螺栓孔；若干个环向连接螺栓，每一个所述环向连接螺栓在环向方向穿过与之对应的所述螺栓孔固定连接任意相邻的两个所述华夫板型uhpc衬砌管片；若干个纵向密封橡胶垫，每一个所述纵向密封橡胶垫敷设在对应的一个所述uhpc管片的纵向侧面。

4、在第一方面中，每一个所述纵向连接单元包括若干个纵向连接螺栓，每一个所述纵向连接螺栓在纵向方向穿过与之对应的所述螺栓孔固定连接任意相邻的两个所述华夫板型uhpc衬砌管片。

5、在第一方面中，每一个所述环向密封橡胶单元包括若干个环向密封橡胶垫，每一个所述环向密封橡胶垫敷设在对应的一个所述uhpc管片的环向侧面。

6、在第一方面中，每一个所述uhpc管片的环向中线位置布设有若干预留注浆孔。

7、在第一方面中，每一个所述华夫板型uhpc衬砌管片采用uhpc工厂化预制制备得到。

8、在第一方面中，若干个所述环向密封橡胶垫和若干个所述纵向密封橡胶垫均采用三元乙丙橡胶制成。

9、本发明还提供了一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构的施工方法，所述施工方法用于上述的一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构的施工，所述施工方法包括：按照设计与施工技术要求进行隧道的开挖、施工初期支护并设置防水层；按照所述隧道的施工安全步距要求，进行仰拱和混凝土底板施工，在所述仰拱和所述混凝土底板两侧设置与所述华夫板型uhpc衬砌管片相连接的键槽；在所述隧道施工现场，分别在所述华夫板型uhpc衬砌管片的四周侧面敷设环向密封橡胶垫和纵向密封橡胶垫，保证所述密封垫与所述华夫板型uhpc衬砌管片粘贴牢固；将敷设有所述密封垫的所述华夫板型uhpc衬砌管片运输至所述隧道内，在环向方向将所述华夫板型uhpc衬砌管片自下而上对称拼装，在纵向方向以uhpc衬砌单元自内而外拼装，每个所述华夫板型uhpc衬砌管片拼装后，采用纵向连接螺栓和环向连接螺栓分别将相邻的两个所述华夫板型uhpc衬砌管片进行纵向固定连接和环向固定连接；通过预留注浆孔向所述华夫板型uhpc衬砌管片与防水层之间的空隙泵送泡沫混凝土进行充填。

10、在第二方面中，所述泡沫混凝土密度为300～500kg/m3。

11、在第二方面中，所述施工方法还包括在施工前预制uhpc衬砌管片，所述预制uhpc衬砌管片包括：按照设计确定所述华夫板型uhpc衬砌管片的方案，绑扎钢筋骨架笼，在螺栓孔位置加强配筋；将所述华夫板型uhpc衬砌管片的模板进行拼装和接缝封堵，得到所述华夫板型uhpc衬砌管片的浇筑模板；制备uhpc，在所述浇筑模板中浇筑uhpc，浇筑完成后覆膜保湿并采用高温蒸气养护；高温蒸气养护结束后进行脱模，得到华夫板型uhpc衬砌管片初品，将华夫板型uhpc衬砌管片初品进行后期养护，减少uhpc失水导致管片干缩开裂后期养护结束后得到华夫板型uhpc衬砌管片成品，并进行质量检测，检测合格后贮存备用。

12、有益效果：

13、在本发明中，钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构由若干个uhpc衬砌单元1沿着隧道由内至外铺设得到，任意相邻的两个uhpc衬砌单元1之间通过纵向连接单元固定连接，同时，每一个uhpc衬砌单元1的环向侧面上敷设有环向密封橡胶垫15，以使任意相邻的两个uhpc衬砌单元1的连接处密封，便于后期更好的在uhpc衬砌单元1和防水层之间充满泡沫混凝土，避免空腔，提高二次衬砌结构安全与耐久性；将若干个uhpc衬砌单元1在隧道中现场直接拼装，能够显著提升二次衬砌施工工效、缩短施工周期、减少作业人员数量，有助于提升隧道机械化、智能化施工技术水平；同时，uhpc衬砌单元1采用uhpc制作得到，相对于普通混凝土装配的衬砌结构，uhpc制作的uhpc衬砌单元1在同等承载能力条件下，厚度能够减少一半以上，可减少二次衬砌混凝土的用量，显著减轻uhpc衬砌单元重量，大幅降低对拼装设备托举能力的技术要求，便于现场实施。

技术特征：

1.一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构，其特征在于，所述钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构包括：

2.如权利要求1所述的一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构，其特征在于，每一个所述uhpc衬砌单元(1)包括：

3.如权利要求2所述的一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构，其特征在于：每一个所述纵向连接单元包括若干个纵向连接螺栓(14)，每一个所述纵向连接螺栓(14)在纵向方向穿过与之对应的所述螺栓孔(17)固定连接任意相邻的两个所述华夫板型uhpc衬砌管片(11)。

4.如权利要求3所述的一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构，其特征在于：每一个所述环向密封橡胶单元包括若干个环向密封橡胶垫(15)，每一个所述环向密封橡胶垫(15)敷设在对应的一个所述uhpc管片(111)的环向侧面。

5.如权利要求4所述的一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构，其特征在于：每一个所述uhpc管片(111)的环向中线位置布设有若干预留注浆孔(16)。

6.如权利要求5所述的一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构，其特征在于：每一个所述华夫板型uhpc衬砌管片(11)采用uhpc工厂化预制制备得到。

7.如权利要求6所述的一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构，其特征在于：若干个所述环向密封橡胶垫(15)和若干个所述纵向密封橡胶垫(13)均采用三元乙丙橡胶制成。

8.一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构的施工方法，所述施工方法用于任一项如权利要求1～7所述的一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构的施工，其特征在于，所述施工方法包括：

9.如权利要求8所述的一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构的施工方法，其特征在于：所述泡沫混凝土密度为300～500kg/m3。

10.如权利要求9所述的一种钻爆法隧道装配式uhpc衬砌结构的施工方法，其特征在于，所述施工方法还包括在施工前预制uhpc衬砌管片，所述预制uhpc衬砌管片包括：

技术总结
本发明公开了一种钻爆法隧道装配式UHPC衬砌结构，该钻爆法隧道装配式UHPC衬砌结构包括若干个UHPC衬砌单元；若干个纵向连接单元，每一个所述纵向连接单元固定连接任意相邻的两个所述UHPC衬砌单元；若干个环向密封橡胶单元，每一个所述环向密封橡胶单元敷设在对应的一个所述UHPC衬砌单元的环向侧面。本发明还公开了一种钻爆法隧道装配式UHPC衬砌结构的施工方法。与现有技术相比，本发明的钻爆法隧道装配式UHPC衬砌结构具有快速施工，提升二次衬砌结构安全与耐久性等优点。

技术研发人员：袁敬强,陈卫忠,肖东辉,谭贤君,张雪峰,杨晓磊,房李杰,刘本华
受保护的技术使用者：中国科学院武汉岩土力学研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/2/20